広義の光電効果・光反応の温度依存性について質問です。


ターゲットの温度を上昇させてゆくと、光電効果や光反応を生じさせるのに必要な入射線のエネルギーが低エネルギー側にシフトするような現象は起こりうるのでしょうか?

起こりうるとしたら、具体的にどのような現象になりますでしょうか?

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  • 登録:2009/02/07 17:00:17
  • 終了:2009/02/14 17:05:02

回答(1件)

id:kuakua No.1

kuakua回答回数135ベストアンサー獲得回数112009/02/07 23:36:13

ポイント60pt

基本的には起こりません。

気体の光電効果である、星の観測時の輝線や吸収線を例にしますと

星の温度が3000度でも10000度でも大きくシフトしないため

ドップラー効果で星との相対速度を決定することができます。

エネルギーシフトはもっと量子的な状態、ゼーマン効果

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%BC%E3%83%BC%E3%83%9E%E3%83%B...

やシュタルク効果

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B7%E3%83%A5%E3%82%BF%E3%83%A...

が主な原因になると思います。

id:Xenos

ご回答ありがとうございます。

観測時の輝線が温度によりシフトしないのは、

1.原子中の電子準位が温度に依らない

2.観測されるスペクトルは励起された電子がしたの準位に落ちる前と後での準位の差により定まる。

よって、(ドップラーシフトを考慮しなければ)星の表面温度に依らず、観測される吸収線の周波数は一定のはずである。

という認識でよろしいでしょうか?

 .

すると光が原子中の電子を励起する際にどれくらいのエネルギーを用いたかとの情報は

吸収線の幅の揺らぎから考察する必要性がありますね。

例えば仮に600~601nmの波長域に吸収線が発生していたとすると、だいたい3.4x10^-3 eVぐらいの幅で揺らいでいることになります。

温度揺らぎに換算するとボルツマン定数が大体8x10^-5[eV/T]ぐらいでしょうから、3.4/0.08で約43℃の幅がある事になりませんかね?

実際にフラウンフォーファー線のjpeg画像"http://ja.wikipedia.org/wiki/ファイル:Fraunhofer_lines.jpg"を観察してみると、1nm幅のスペクトルが欠損は液晶画面から判断するとよく、

励起時に必要なエネルギーの温度依存性が存在しないということを、以上の情報だけから判断するのは難しい気がするのですが、どうなんでしょうか?

また、自分もいろいろ調べていたのですが、金属の仕事関数に関しては温度が高くなると、逆に大きくなるという変化が有るようです。(光電子分光装置での調査)

http://www.nissan-arc.co.jp/service/012_tech_p93.html

もうちょっと回答を募集したいと思います。

2009/02/08 09:01:09
  • id:kuakua
    >光が原子中の電子を励起する際にどれくらいのエネルギーを用いたかとの情報は吸収線の幅の揺らぎから考察する必要性がありますね。

    これはひろがりに見えてシフトとしては表れないんではないでしょうか。

    >金属の仕事関数に関しては温度が高くなると、逆に大きくなるという変化が有るようです。

    バルクについては画一的には扱えないような気がしますね
    金属で温度で格子定数がかわりフェルミ準位自体が変化したり
    半導体のようにフェルミ分布の裾が大幅変わる場合とか。
  • id:Xenos
    コメントありがとうございます。

    >これはひろがりに見えてシフトとしては表れないんではないでしょうか。
    確かに、広がりはシフトでは有りません。誤解してしまい申し訳ありません。
    .
    > バルクについては画一的には扱えないような気がしますね
    なるほど、バルクはまたいろいろややこしいのですね。勉強し直します。
    .
    当方が知りたい状況というのは具体的には以下の通りです。
     .
    例えばシランを用いたSiのCVD成長において、Si基板が有る程度、高温で有れば、
    SiH4の乖離エネルギーに満たないエネルギーを持つフォトンであっても
    SiH4を乖離できるのか?という疑問です。
    .
    別の言い回しで表現させて頂きますと、
    "SiH4の乖離エネルギー"を"(SiH4の熱運動のエネルギー)と(基板表面SiH4分子への入射光のエネルギー)の和"が上回りさえすれば、SiH4の熱乖離は起きうるのか?という様なことを考えております。
    .
    おそらく、SiH4分子のある周波数の光の吸収効率or光子との衝突断面積とかが、実際には影響しているのでしょうが、当方素人なため、その辺の知識がありません。
    .
    おすすめの本が有れば図々しいですがご紹介頂けないでしょうか?
    .
    ご紹介頂ければ、500はてなポイント以上を後ほど送付させて頂きます。
  • id:kuakua
    ここからはヨタ話だと思ってください。のでポイントは不要です。

    >例えばシランを用いたSiのCVD成長において、Si基板が有る程度、高温で有れば、SiH4の乖離エネルギーに満たないエネルギーを持つフォトンであってもSiH4を乖離できるのか?という疑問です。

    原理的にはSi表面のダングリングボンドの作用によって可能な気もします。
     
    ですが実際のCVD行程ではスループットを出すために気相中でRFやUVでラジカル化してからSi基板に作用させていますし
    また生成物の均一性を考えると主原料のモノシランのラジカル励起をそのまま律速行程にするのは難しいかと。
     
    SiH4の励起エネルギー下限ですと境界条件での成長の議論になりますから
    むしろ失敗成長条件であるホイスカ(ウィスカ)の成長条件に関する文献や
    大きなスループットを期待しない超薄膜生成とかの文献にヒントが見つかるかも知れません。
     
    具体的な書名は解りかねます。ゴメンナサイ。

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